التصنيع بالإضافة في سلاسل توريد أشباه الموصلات

وقد استنسخت هذه الورقة في المرجع العام رقم 3D الخاص بالتكنولوجيا المطبوعة، بغرض تقاسم المعلومات والموارد، وتحذف.

كيف يتم استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد في صناعة أشباه الموصلات المتطورة؟ رسالة توفر الجواب.

وفي عام 2025، أعلنت شركة الطباعة الحجرية العملاقة ASML عن إنشاء أول سلسلة توريد مؤهلة للطباعة ثلاثية الأبعاد لأجزاء أشباه الموصلات.

وهذا يعني أيضا أن طباعة ٣ دال في صناعة شبه الموصلات لم تعد " عرض " . ويمكن وصف الفحص التفصيلي لعملية الطباعة برقم 3D ونوع المواد المتاحة حاليا لاستخدامها في صناعة شبه الموصلات بأنها متنوعة، وسوف تقدم أمثلة في هذه الفترة.

إنتاج طلاءات الرذاذ الباردة - هدف الرذاذ

ومن بين المواد الرئيسية لتصنيع دوائر بلورات شبه الموصلات المواد المستهدفة المبعثرة، التي يقال إن لها أثرا مباشرا على الكتلة الخبيثة بنقاءها وكثافتها وتكوينها.

توصل تحقيق المؤلف إلى أن شركة Chaozhuo Aviation ذكرت في عام 2025 أنها استخدمت تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد بالرش البارد لتحقيق التصنيع الإضافي المستهدف، وطبقتها في مجال أشباه الموصلات، لكن عمق واتساع التطبيق لا يزال بحاجة إلى مزيد من التوسع.

وفقًا للتقرير، فإن هدف الرش الذي تم تصنيعه بواسطة هذه التقنية يتمتع بدرجة عالية من النقاء والكثافة والأداء وكفاءة الترسيب، والمواد كثيفة، وخالية من العيوب تقريبًا، ولها أداء متفوق.

طباعة السيراميك ثلاثية الأبعاد – مكونات معدات تصنيع أشباه الموصلات

هناك نوع آخر من المنتجات التي تشارك الطباعة ثلاثية الأبعاد في تصنيعها وهي مكونات رئيسية في معدات تصنيع أشباه الموصلات، مثل أذرع الروبوت الخاصة بمعالجة الرقاقات، والظغطات الكهروستاتيكية، وأكواب الشفط الفراغي، وما إلى ذلك، بالإضافة إلى المواد الداخلية في غرف عملية ترسيب البخار.

وتستخدم هذه المكونات السيراميات التكنولوجية مثل الاغتسال، وأكسيد الألومنيوم، وأكسيد الحرير، التي لها استقرار ميكانيكي كبير، والعزل الكهربائي، ومقاومة التآكل الكيميائي، فضلا عن استقرار الحرارة.

في الوقت الحاضر، وصلت الطباعة ثلاثية الأبعاد لهذه الأنواع من المواد إلى مستوى التصنيع الضخم، خاصة باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد للسيراميك القائمة على المعالجة الضوئية.

قامت شركة Lithoz النمساوية، المعروفة في مجال الطباعة الخزفية ثلاثية الأبعاد، مؤخرًا بعرض حالة حول حلقات ترسيب الطبقة الذرية (ALD).

حلقة ترسيب الطبقة الذرية المطبوعة ثلاثية الأبعاد من السيراميك ليثوز

تتيح تقنية LCM التي طورتها Lithoz تصميمات معقدة لم يكن من الممكن تحقيقها في السابق، مع أسطح ناعمة تستهدف التفاصيل المهمة وتلغي الحاجة إلى التوصيلات والتجميع. ومن خلال دمج وظائف متعددة في مكون واحد واستخدام التصميمات القائمة على التصنيع الإضافي، لا يمكن تقليل الوزن فحسب، بل يمكن أيضًا زيادة فعالية التكلفة. بالإضافة إلى ذلك، ونظرًا للتحكم المستقر في العملية، فإن عملية LCM تتيح إنتاجًا ضخمًا موثوقًا به.

تقدم Prodways خيارين مخصصين لسوق أشباه الموصلات، مما يسمح للمصنعين بتحسين إنتاج الأجزاء الصغيرة الدقيقة والأجزاء المعقدة الكبيرة دون المساس بالأداء أو الموثوقية.

تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد الدقيقة - تصنيع مجسات فائقة الدقة

تعد المجسات في صناعة أشباه الموصلات من المكونات الأساسية التي تربط الرقائق/الرقاقات ومعدات الاختبار لنقل الإشارات، وتلعب دورًا مهمًا في مراقبة جودة منتجات أشباه الموصلات.

نظرًا لصغر حجم منتجات أشباه الموصلات، وخاصة الحجم الصغير جدًا لمنتجات الرقائق، فإن حجم المسبار مطلوب للوصول إلى مستوى الميكرون. إنه مكون إلكتروني عالي الدقة مع محتوى عالي لتكنولوجيا التصنيع.

ولاحظ الكاتب أن شركة Exaddon، وهي شركة سويسرية متخصصة في الطباعة ثلاثية الأبعاد للأجزاء المعدنية الدقيقة، تقوم بتصنيع هذا الجزء عالي الدقة. وقالت إنه من الصعب حاليًا تحقيق درجات أقل من 40 ميكرومتر في اختبار المسبار. تتغلب تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد الدقيقة من Exaddon على هذه التحديات. إنها جيدة في تصنيع الهياكل المستقلة ذات نسب العرض إلى الارتفاع العالية ويمكنها تصنيع أجزاء معدنية عالية الجودة بحجم أقل من 20 ميكرومتر.

تعمل تقنية الطباعة Exaddon micro-3D على إنشاء مجسات

عرضت الشركة مجموعة اختبار MicroLED، باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد للطباعة مباشرة على آثار منقوشة مسبقًا بمسافة أقل من 20 ميكرومتر. تحتوي مصفوفة العرض التوضيحي على 128 مسبارًا بحد أدنى للمسافة يبلغ 18.5 ميكرومتر على المحور X، و9.5 ميكرومتر على المحور Y، و±2 ميكرومتر على المحور Z. يبلغ حجم مصفوفة المسبار من Exaddon حوالي 10% من حجم مصفوفة المسبار الخاصة بالشركات الأخرى، مما يجعل أجهزة اختبار MicroLED أكثر كفاءة بمقدار 64 مرة.

صورة مجهرية بصرية لمجموعة مسبار Exaddon128 ثلاثية الأبعاد مطبوعة مباشرة على لوحة الاتصال

الطباعة بالليزر ثلاثية الأبعاد

تصنيع عالي الدقة لمكونات معدات أشباه الموصلات

تؤثر دقة وموثوقية معدات أشباه الموصلات بشكل مباشر على كفاءة وإنتاجية عملية تصنيع أشباه الموصلات. اليوم، تتمتع الطباعة ثلاثية الأبعاد لدمج مسحوق الليزر بمعظم التطبيقات في صناعة أشباه الموصلات نظرًا لمزاياها المتمثلة في الدقة العالية والتكامل وتصنيع الهياكل المعقدة. ويستهدف برنامج شهادات التدقيق والتأهيل الشامل الذي طورته ASML لموردي الطباعة ثلاثية الأبعاد أيضًا هذا النوع من عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد.

تعد مراحل الرقاقة مكونات مهمة في تصنيع أشباه الموصلات، ومن خلال التصميم للتصنيع الإضافي، يمكن تحسين قنوات التبريد الداخلية والهياكل السطحية لتحسين درجات حرارة السطح والتدرجات الحرارية بشكل كبير مع تقليل ثوابت الوقت. بفضل التصميم الفريد الذي لا يمكن تحقيقه إلا من خلال التصنيع الإضافي، يمكن تبديد الحرارة بكفاءة؛ يعمل التحسين الهيكلي على تحسين الموثوقية وتحسين إنتاجية النظام ودقته وتحسين الأداء العام.

أنظمة ثلاثية الأبعاد مكونات الإدارة الحرارية لمرحلة الرقاقة المطبوعة ثلاثية الأبعاد

أطلقت شركة 3D Systems جزءًا مطبوعًا ثلاثي الأبعاد للإدارة الحرارية لمرحلة رقاقة أشباه الموصلات، مما يسلط الضوء على الإمكانات الهائلة لهذه التكنولوجيا. إنه ذو هيكل شريطي طويل متناسق ومرتب شعاعيًا يشع إلى الخارج من المركز ليشكل شكلًا مشابهًا لشفرة المروحة. توجد شبك وزعانف متعددة بأحجام مختلفة موزعة على السطح. التصميم العام دقيق ويتم تحقيق التصنيع المتكامل من خلال الطباعة ثلاثية الأبعاد، والتي يمكن استخدامها لتبديد الحرارة بكفاءة.

ومن التطبيقات الأخرى التي عرضتها الشركة رأس الدش المستخدم لترسيب المواد بشكل موحد في تصنيع أشباه الموصلات. يعد هيكل المسام واستقرار درجة حرارة الفوهة من العوامل المهمة التي تحدد توحيد الترسيب. تتيح تقنية الطباعة LPBF ثلاثية الأبعاد التحكم في هندسة الفوهات غير الأسطوانية المودعة، وقنوات التبريد الأكثر تعقيدًا لتبديد الحرارة، والمكونات المعززة لمنع التسرب. يتم تصنيع آلاف الثقوب الصغيرة من خلال الطباعة ثلاثية الأبعاد، مع تأثير ضئيل تقريبًا على التكلفة ووقت الإنتاج.

3D Systems فوهة ترسيب الطباعة ثلاثية الأبعاد

تتطلب المكونات المهمة لمعدات أشباه الموصلات مواد ذات مقاومة ممتازة للتآكل دون التأثير على الأداء أو وقت تشغيل النظام. لاحظ المؤلف أن EOS أطلقت سبيكة نيكل نقية تجارية NiCP بحد أدنى من النقاء يبلغ 99.0%. يؤدي إدخال هذه المادة إلى تغيير الطريقة التي يصمم بها مصنعو أشباه الموصلات المكونات وينتجونها، مما يزيل القيود التقليدية للطلاء الواقي مع زيادة عمر المكونات.

نهاية

إن إمكانات تطبيق تكنولوجيا التصنيع المضافة في صناعة أشباه الموصلات هائلة، ويُعتقد أن نطاق تطبيقها وأنواع عملياتها يتجاوز بكثير الأمثلة والأنواع المذكورة في هذه المقالة.

ومع ذلك، يُعتقد أن جودة الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد لها متطلبات عالية للغاية في هذه الصناعة. أجرى فريق إدارة الجودة في ASML تقييمًا لحالة الفشل في عملية تصنيع إضافية معينة، مما يتطلب من الموردين تحسين تعريفات المخاطر بناءً على رأي الخبراء. هدفها الأساسي هو تقليل متغيرات العملية التي تؤثر على تكرار مخرجات العملية ووضع معيار لإنتاج التصنيع الإضافي الموحد في الصناعات عالية المخاطر مثل تصنيع أشباه الموصلات.